CN111071990B - 一种加氢站用氢气提纯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加氢站用氢气提纯装置，该装置包括钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统、合金纯化系统和安全与控制系统；钯触媒除氧纯化系统包括入口缓冲罐和钯触媒罐；精脱硫纯化系统包括两个精脱硫罐；合金纯化系统包括两个合金纯化罐和一个出口缓冲罐；安全与控制系统采用电线和气管连接于钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统和合金纯化系统；钯触媒除氧纯化系统采用管路与长管拖车连接，合金纯化系统采用管路与加氢站高压储氢罐连接。本发明实现了长管拖车输运至加氢站的氢气的深度提纯，降低氢气中O2、H2O、N2、CO、CO2、H2S和CH4杂质含量至车载燃料电池用氢标准，保证车载燃料电池用氢品质需求。

Description

一种加氢站用氢气提纯装置
技术领域
本发明属于气体纯化技术与装置领域，具体涉及一种加氢站用氢气提纯装置。
背景技术
燃料电池核心部件对氢源中杂质含量要求极高，氢源中H2S、CO、CO2、N2等杂质气体会严重影响燃料电池的使用性能和寿命，比如含硫杂质会使燃料电池催化剂和膜电极中毒且不可逆，大幅降低电池的使用寿命，是燃料电池难以解决的问题之一。国际标准ISO14687-2:2012和国家标准GB/T 37244-2018对燃料电池用氢气中杂质含量进行了明确的限制，规定氢燃料电池用氢气中总硫含量＜4ppb、CO含量≤0.2ppm、CO2含量≤2ppm、H2O含量≤5ppm等。目前，燃料电池加氢站所用的氢气主要是由长管拖车输运的工业高纯氢，而工业高纯氢中H2S等杂质含量无法满足燃料电池使用标准，因此急需开发一种加氢站用氢气提纯装置，对长管拖车输运至加氢站的氢气进行深度提纯，有效降低氢气中H2S、CO、CO2、N2等杂质气体含量，以满足车用燃料电池用氢品质要求。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种加氢站用氢气提纯装置。该装置位于长管拖车与加氢站高压储氢罐之间，用以提纯长管拖车输运至加氢站高压罐的氢气，以满足燃料电池用氢品质需求。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种加氢站用氢气提纯装置，该装置包括钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统、合金纯化系统和安全与控制系统；钯触媒除氧纯化系统采用管路与长管拖车连接，合金纯化系统采用管路与加氢站高压储氢罐连接，钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统和合金纯化系统采用管路连接；安全与控制系统用于控制钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统和合金纯化系统的工作状态，并监测系统周边氢气浓度，安全与控制系统采用电线和气管连接于钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统和合金纯化系统上的电控和气动部分。长管拖车输运至加氢站高压罐的氢气依次经过钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统和合金纯化系统进行氢气提纯，达到车载燃料电池用氢标准，而后存储于加氢站高压储氢罐。
本发明中，所述的钯触媒除氧纯化系统包括依次串联连接的2个手动阀门、1个单向阀、1个入口缓冲罐、1个流量控制器、1个钯触媒罐，还包括分别用于监测入口缓冲罐和钯触媒罐的气体压力的2个压力传感器。其中，入口气缓冲罐用于稳定长管拖车输入氢气的压力，使氢气以平稳状态输入钯触媒罐；所述的钯触媒罐包含钯触媒，采用钯触媒催化氧化除氧生成水，所述的2个手动阀门的用于保证氢气提纯装置检修维护过程中入口端氢气的安全阻断；所述的1个单向阀用于避免氢气提纯装置中的氢气倒灌入长管拖车；所述的1个流量控制器用于监测和调节输入氢气提纯装置的氢气流量。所述的钯触媒除氧纯化系统用于脱除氢气中的O2杂质，将氢气中的O2杂质脱除到1ppm以下。
本发明中，所述的精脱硫系统包括并联连接的2个精脱硫罐，2个精脱硫罐的入口端分别设有自动阀门，出口端分别设有压力传感器和自动阀门。所述的2个精脱硫罐中包含复合金属氧化物精脱硫剂，采用复合金属氧化物精脱硫剂与氢气中的含硫杂质发生化学反应脱除含硫杂质；4个自动阀门用于控制2个精脱硫罐的工作状态；2个精脱硫罐出口端分别设置的压力传感器用于监测2个精脱硫罐的气体压力。所述的精脱硫纯化系统用于脱除氢气中的含硫杂质，将氢气中的总硫含量脱除到4ppb以下，保护后级合金纯化系统，提高后级合金纯化材料的使用寿命。
本发明中，所述的合金纯化系统包括并联连接的2个合金纯化罐，2个合金纯化罐的入口端分别设有自动阀门，出口端分别设有压力传感器和自动阀门，并联管路再与出口缓冲罐、出口缓冲罐的压力传感器、流量控制器、单向阀和2个手动阀门串联。所述的2个合金纯化罐中包括合金纯化材料，采用合金纯化材料与氢气中的杂质发生化学反应，深度脱除氢气中的杂质气体；所述的出口缓冲罐用于稳定提纯装置输出氢气的压力，使氢气以平稳状态输入加氢站高压罐；4个自动阀门用于控制2个合金纯化罐的工作状态；所述的2个手动阀门用于保证氢气提纯装置检修维护过程中出口端氢气的安全阻断；所述的流量控制器用于监测并调节提纯装置输出氢气的流量；所述的单向阀用于避免加氢站高压罐中的氢气倒灌入提纯装置；3个压力传感器用于监测合金纯化罐和出口缓冲罐的压力。本发明中，合金纯化系统用于对氢气进行深度提纯，提纯后氢气中的O2≤10ppb，CO≤10ppb，CO2≤10ppb，H2O≤10ppb，N2≤10ppb，CH4≤10ppb，H2S≤4ppb。
本发明中，长管拖车输运至加氢站高压罐的氢气依次经过钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统和合金纯化系统进行氢气提纯，达到车载燃料电池用氢标准，而后存储于加氢站高压储氢罐。
本发明中，所述的安全与控制系统包括氢气泄露报警仪、强制排风系统和阀门控制系统。
本发明的有益技术效果：目前，燃料电池车用加氢站使用的氢气主要为长管拖车输运的工业高纯氢，工业高纯氢中的杂质含量无法满足国际标准ISO14687-2:2012和国家标准GB/T 37244-2018中规定的燃料电池用氢标准，工业高纯氢中的过量杂质会严重影响车用燃料电池的使用性能和寿命，本发明提出的一种加氢站用氢气提纯装置可有效降低长管拖车输运至加氢站的氢气中杂质含量，以满足车载燃料电池用氢品质需求，为车载燃料电池提供稳定可靠的氢源保障。
附图说明
图1为本发明一种加氢站用氢气提纯装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种加氢站用氢气提纯装置，包括钯触媒除氧纯化系统1、精脱硫纯化系统2、合金纯化系统3和安全与控制系统4。钯触媒除氧纯化系统1采用管路与长管拖车连接，合金纯化系统3采用管路与加氢站高压储氢罐连接，钯触媒除氧纯化系统1、精脱硫纯化系统2和合金纯化系统3采用管路连接；安全与控制系统4用于控制钯触媒除氧纯化系统1、精脱硫纯化系统2和合金纯化系统3的工作状态，并监测系统周边氢气浓度，安全与控制系统4采用电线和气管连接于钯触媒除氧纯化系统1、精脱硫纯化系统2和合金纯化系统3上的电控和气动部分。长管拖车输运至加氢站高压罐的氢气依次经过钯触媒除氧纯化系统1、精脱硫纯化系统2和合金纯化系统3进行氢气提纯，达到车载燃料电池用氢标准，而后存储于加氢站高压储氢罐。
钯触媒除氧纯化系统1包括1个入口缓冲罐、1个钯触媒罐、2个手动阀门、1个单向阀、1个流量控制器FT1和2个压力传感器P1和P2。其中，入口缓冲罐用于稳定长管拖车输入氢气的压力，使氢气以平稳状态输入钯触媒罐；钯触媒罐包含钯触媒，采用钯触媒催化氧化除氧生成水；2个手动阀门的作用在于保证氢气提纯装置检修维护过程中入口端氢气的安全阻断；1个单向阀作用在于避免氢气提纯装置中的氢气倒灌入长管拖车；1个流量控制器FT1用于监测和调节输入氢气提纯装置的氢气流量；2个压力传感器P1和P2用于监测入口缓冲罐和钯触媒罐的气体压力。氢气经钯触媒除氧纯化系统1脱氧提纯后，氢气中的O2杂质含量降低至1ppm以下。
精脱硫系统2包括2个精脱硫罐、4个自动阀门和2个压力传感器P3和P4。其中，2个精脱硫罐中包含复合金属氧化物精脱硫剂，采用复合金属氧化物精脱硫剂与氢气中的含硫杂质发生化学反应脱除含硫杂质；4个自动阀门用于控制2个精脱硫罐的工作状态；2个压力传感器P3和P4用于监测2个精脱硫罐的气体压力。精脱硫纯化系统的作用在于脱除氢气中的含硫杂质，将氢气中的总硫含量降低至4ppb以下，保护后级合金纯化系统，提高后级合金纯化材料的使用寿命。
合金纯化系统3包括2个合金纯化罐、1个出口缓冲罐、4个自动阀门、2个手动阀门、1个流量控制器FT2、1个单向阀和3个压力传感器P5、P6和P7。其中，2个合金纯化罐中包括合金纯化材料，采用合金纯化材料与氢气中的杂质发生化学反应，深度脱除氢气中的杂质气体；出口缓冲罐用于稳定提纯装置输出氢气的压力，使氢气以平稳状态输入加氢站高压罐；4个自动阀门用于控制2个合金纯化罐的工作状态；2个手动阀门的作用在于保证氢气提纯装置检修维护过程中出口端氢气的安全阻断；1个流量控制器FT2用于监测并调节提纯装置输出氢气的流量；1个单向阀作用在于避免加氢站高压罐中的氢气倒灌入提纯装置；3个压力传感器P5、P6和P7用于监测合金纯化罐和出口缓冲罐的压力。合金纯化系统3的作用在于对氢气进行深度提纯，提纯后氢气中O2≤10ppb，CO≤10ppb，CO2≤10ppb，H2O≤10ppb，N2≤10ppb，CH4≤10ppb，H2S≤4ppb。
所述的安全与控制系统4主要由氢气泄露报警仪、强制排风系统和阀门控制系统组成。安全与控制系统4采用氢气泄露报警仪，全程监控钯触媒除氧纯化系统1、精脱硫纯化系统2和合金纯化系3中罐体外部的氢气含量，在氢气含量超标时报警并切断氢气系统，启动强制排风，整个系统全自动控制，实现全自动无人值守功能。
本发明可有效降低长管拖车输运至加氢站的氢气中杂质含量，以满足燃料电池用氢品质需求，为燃料电池提供稳定可靠的氢源保障。
以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种加氢站用氢气提纯装置，其特征在于：该装置包括钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统、合金纯化系统和安全与控制系统；钯触媒除氧纯化系统采用管路与长管拖车连接，合金纯化系统采用管路与加氢站高压储氢罐连接，钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统和合金纯化系统采用管路连接；安全与控制系统用于控制钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统和合金纯化系统的工作状态，并监测系统周边氢气浓度，安全与控制系统采用电线和气管连接于钯触媒除氧纯化系统、精脱硫纯化系统和合金纯化系统上的电控和气动部分；所述的钯触媒除氧纯化系统包括依次串联连接的2个手动阀门、1个单向阀、1个入口缓冲罐、1个流量控制器、1个钯触媒罐，还包括分别用于监测入口缓冲罐和钯触媒罐气体压力的2个压力传感器；所述的入口缓冲罐用于稳定长管拖车输入氢气的压力，使氢气以平稳状态输入钯触媒罐；所述的钯触媒罐包含钯触媒，采用钯触媒催化氧化除氧生成水，所述的2个手动阀门用于保证氢气提纯装置检修维护过程中入口端氢气的安全阻断；所述的1个单向阀用于避免氢气提纯装置中的氢气倒灌入长管拖车；所述的1个流量控制器用于监测和调节输入氢气提纯装置的氢气流量；所述的合金纯化系统包括并联连接的2个合金纯化罐，2个合金纯化罐的入口端分别设有自动阀门，出口端分别设有压力传感器和自动阀门，并联管路再与出口缓冲罐、出口缓冲罐的压力传感器、流量控制器、单向阀和2个手动阀门串联；所述的2个合金纯化罐中包括合金纯化材料，采用合金纯化材料与氢气中的杂质发生化学反应，深度脱除氢气中的杂质气体；所述的出口缓冲罐用于稳定提纯装置输出氢气的压力，使氢气以平稳状态输入加氢站高压罐；4个自动阀门用于控制2个合金纯化罐的工作状态；所述的2个手动阀门用于保证氢气提纯装置检修维护过程中出口端氢气的安全阻断；所述的流量控制器用于监测并调节提纯装置输出氢气的流量；所述的单向阀用于避免加氢站高压罐中的氢气倒灌入提纯装置；3个压力传感器用于监测合金纯化罐和出口缓冲罐的压力；合金纯化系统用于对氢气进行深度提纯，提纯后氢气中的O2≤10ppb，CO≤10ppb，CO2≤10ppb，H2O≤10ppb，N2≤10ppb，CH4≤10ppb，H2S≤4ppb。
2.根据权利要求1所述的加氢站用氢气提纯装置，其特征在于：所述的钯触媒除氧纯化系统用于脱除氢气中的O2杂质，将氢气中的O2杂质脱除到1ppm以下。
3.根据权利要求1所述的加氢站用氢气提纯装置，其特征在于：所述的精脱硫纯化系统包括并联连接的2个精脱硫罐，2个精脱硫罐的入口端分别设有自动阀门，出口端分别设有压力传感器和自动阀门。
4.根据权利要求3所述的加氢站用氢气提纯装置，其特征在于：所述的2个精脱硫罐中包含复合金属氧化物精脱硫剂，采用复合金属氧化物精脱硫剂与氢气中的含硫杂质发生化学反应脱除含硫杂质；4个自动阀门用于控制2个精脱硫罐的工作状态；2个精脱硫罐出口端分别设置的压力传感器用于监测2个精脱硫罐的气体压力。
5.根据权利要求3所述的加氢站用氢气提纯装置，其特征在于：所述的精脱硫纯化系统用于脱除氢气中的含硫杂质，将氢气中的总硫含量脱除到4ppb以下。
6.根据权利要求1所述的加氢站用氢气提纯装置，其特征在于：所述的安全与控制系统包括氢气泄露报警仪、强制排风系统和阀门控制系统。
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